El héroe anónimo de la entrega de fluidos y sólidos a granel

En algún lugar entre esa colosal cantidad de metal, las innumerables toneladas de acero que componen el equipo o la plataforma, la gran cantidad de tubos y tuberías, y la enorme cantidad de válvulas y acoplamientos, hay un pequeño subsistema, uno compuesto por alrededor de 400 libras de acero, que proporciona una conexión vital: un brazo de carga. Ese es el punto fuerte de Excel Loading Systems para OEM y fabricantes.

No es necesario que se especialice en la industria del petróleo para visualizar algunos de los equipos que se utilizan para llevar el petróleo de la materia prima a un producto terminado, como la gasolina. Las plataformas petrolíferas, los buques cisterna, las refinerías, los oleoductos y los camiones cisterna se encuentran entre los elementos más visibles de un sistema en el que casi todos confiamos todos los días: un sistema que extrae petróleo del subsuelo, lo transporta, lo refina y lo entrega en cualquiera de las 168,000 estaciones de servicio en los EE. UU.

En algún lugar entre esa colosal cantidad de metal, las innumerables toneladas de acero que componen el equipo o la plataforma, la gran cantidad de tubos y tuberías, y la enorme cantidad de válvulas y acoplamientos, hay un pequeño subsistema, uno compuesto por alrededor de 400 libras de acero, que proporciona una conexión vital.

Ese subsistema es un brazo de carga, un dispositivo que es el punto fuerte del diseñador, fabricante y OEM Excel Loading Systems, Sharonville, Ohio.

Un brazo de carga generalmente consta de dos o tres tramos de tubería que terminan en codos de 90 grados. Cada extremo se une al siguiente tubo mediante un dispositivo giratorio, un dispositivo mecánico que puede girar 360 grados y aún contener el medio. Un extremo de la unidad se sujeta a un contenedor de almacenamiento o un tanque, y el otro extremo tiene un acoplador que se conecta a un puerto para vaciar un vagón de ferrocarril o un tanque. Cuando un vagón de ferrocarril o un camión cisterna se detiene para descargar su carga, un operador del depósito mueve el brazo de carga a su posición, lo sujeta al puerto de descarga y abre una válvula.

"Nuestras tres aplicaciones más comunes son vagones, camiones cisterna y contenedores", dijo David Shull, presidente. Alrededor del 90% de los productos de la empresa están diseñados para vagones y camiones cisterna. Los sistemas de carga para contenedores, recipientes para mezclar productos químicos que miden 48 pulgadas por 48 pulgadas por 48 pulgadas, constituyen aproximadamente el 10% del negocio de la empresa. La mayoría de las aplicaciones involucran líquidos, aunque algunos sólidos a granel también se transportan mediante brazos de carga.

"Los brazos de carga estándar miden de 2 pulgadas de diámetro a 6 pulgadas de diámetro", dijo Joe Williamson, director de ingeniería. "El diámetro específico depende del rendimiento requerido".

Los brazos de carga de Excel vienen en dos amplias variedades: longitud fija y longitud variable. Para aplicaciones ferroviarias y aplicaciones de camiones en las que el posicionamiento del camión es preciso y consistente, el tipo más simple y de longitud fija, el que tiene la menor cantidad de componentes y, lo que es más importante, la menor cantidad de curvas, es apropiado. Para aplicaciones en las que el posicionamiento del recipiente de transporte no es consistente, el estilo de longitud variable es la mejor opción.

Las materias primas de Excel incluyen aceros al carbono, aceros inoxidables y, para el manejo de productos químicos agresivos, metales especiales como aleación 20 y metales Hastelloy. La empresa compra tramos de tubo y codos de 90 grados correspondientes. Para aplicaciones de grado alimenticio, compra un tubo que tiene el DI pulido con la suavidad necesaria, especificada en rugosidad promedio (Ra).

Después de cortarlo a la medida con una sierra de cinta, el componente del brazo se une a un codo.

"Utilizamos soldadura TIG y MIG para nuestras aplicaciones", dijo Williamson. "Para todas las aplicaciones de brazos de carga, soldamos según un estándar vigente, como ASME B31.3 Sección VIII.

Además de los estilos de carga superior e inferior (aquí se muestra la carga inferior), los brazos de carga vienen en varias variedades, que incluyen alcance fijo, alcance variable, pluma con soporte, pluma sin soporte y contrapeso.

"Para nuestros brazos de carga de grado alimenticio, el paso final de fabricación es un pulido de la zona de soldadura", dijo. "Usamos una herramienta manual que tiene suficiente flexibilidad para manejar la curvatura de 90 grados, puliendo los diámetros internos de las tuberías de 3 a 4 pulgadas", dijo Williamson. La empresa utiliza medidores de rugosidad para determinar la suavidad, y cuando el cordón de soldadura es lo suficientemente suave, el brazo pasa a un paso de ensamblaje para unir las juntas giratorias y otros accesorios. Entonces está listo para enviar.

Versatilidad casi infinita. Para algunas aplicaciones, el brazo y las opciones son sencillos. Por ejemplo, los camiones cisterna cumplen con la norma 1004 del Instituto Americano del Petróleo (API), que dicta los diámetros del descargador (la mayoría son de 4 pulgadas) y el diseño del adaptador, que es un acoplador que cumple con las especificaciones API.

En otros casos, no es tan simple. Por supuesto, a todos los que tienen que descargar líquidos a granel les gustaría maximizar el caudal, lo que significa usar tuberías de mayor diámetro, la menor cantidad de curvas y la menor cantidad de accesorios y adaptadores posibles. Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones carecen de estandarización, por lo que es imposible saber si el diámetro de un puerto coincidirá con el diámetro del brazo de carga y, a veces, se requieren adaptadores. Si bien pueden restringir el caudal, los adaptadores brindan suficiente flexibilidad para manejar cualquier situación de descarga.

Muchos estilos de juntas giratorias también están disponibles para adaptarse a las muchas aplicaciones de suministro de fluidos a granel, como juntas equipadas con sellos y grasa aptos para uso alimentario, o sellos dobles para productos químicos cáusticos.

"El brazo de carga también puede tener un puerto incorporado con un sensor para que el contenido no entre en contacto con la atmósfera", dijo Williamson. Algunos productos químicos son tan reactivos que se vuelven inflamables, o incluso explosivos, cuando se exponen al aire.

Características y opciones estándar. La versatilidad no termina con los adaptadores. Si bien cada brazo de carga debe tener un par de características estándar, hay muchas opciones disponibles para proporcionar la máxima utilidad:

Opciones de longitud.La carga inferior puede ser una aplicación desafiante.

"Para descargar la carga por la parte inferior de un camión cisterna, es necesario un excelente posicionamiento", dijo Williamson. Si se trata de usar los mismos conductores una y otra vez, y los conductores tienen una idea del lugar correcto para el camión, la estación de descarga puede funcionar con un brazo de longitud fija. Sin embargo, si los conductores no son habituales en esa ruta, o la parada no es frecuente, es mucho más difícil para los conductores ubicar el camión donde debe estar. Un brazo de carga de alcance variable, uno con una longitud adicional de tubo más dos juntas giratorias adicionales, permite que el brazo de carga tenga mucha más libertad de posicionamiento.

Los tubos de mayor longitud de Excel tienen una longitud de 14 pies, que es el límite de sus brazos de carga de longitud fija. Sus brazos de carga de longitud variable pueden correr hasta 26 pies.

Williamson estima que un típico 4-in. El brazo de carga pesa de 300 a 500 libras, entonces, ¿cómo hace el operador del depósito para mover una unidad de carga a su posición y retraerla, apagándola y encendiéndola a lo largo del día, sin tensión?

Para aliviar la fatiga del operador, Excel diseña y fabrica sus propios cilindros de resorte (un resorte dentro de una carcasa tubular, por supuesto) que soporta el peso del brazo. También proporciona sistemas de equilibrio de accionamiento neumático e hidráulico.

Se trata de ir más allá de fabricar brazos de carga que funcionen y desarrollar productos que sean lo más fáciles de usar posible. Reducir el esfuerzo asociado con la descarga de 140 mil millones de galones de gasolina anualmente puede salvar a bastantes operadores de depósitos de lesiones por estrés repetitivo.